不可变数据作为函数式编程的重要组成部分,在很多熟知的模块中都广泛运用,比如 React
、Redux
。因此也出现了许多操作不可变数据的库,如 immutable.js
、immer
、immutability-helper
等
不可变数据
就是一旦创建,就不能再被更改的数据。对该对象的任何修改或添加删除操作都会返回一个新的对象。要避免深拷贝把所有数据都复制一遍带来的性能损耗,使用 Structural Sharing(结构共享),即如果对象树中一个节点发生变化,只修改这个节点和受它影响的父节点,其它节点则进行共享。
1、降低了 Mutable
带来的复杂度
function demo() {
const data = { foo: 'bar' };
console.log(data);
data.foo = 'tom';
}
demo();
打印 {foo: 'bar'}
,但在控制台展开后变成了 { foo: 'tom' }
会带来额外的困扰。
2、撤销/重做/时间旅行功能实现起来很轻松
不可变数据每次返回的数据都是不同的,每次修改后将这些数据记录在队列中,修改指针指向就能轻松实现时间旅行。
React
中使用不可变数据React
的 state
是不可变的,意味着你不能直接修改,只能通过 setState
来返回一个新的 state
。
在 React
中,你不能这样做:
state.a.b.c = 1;
// or...
state.c.d.f.push(2);
这是 React
新手常犯的错误。熟悉 React
数据模型后通常你会这样做:
const nextState = {
...state,
a: {
...state.a,
b: {
...state.a.b,
c: 1,
},
},
};
但你可能会抱怨为什么会这么繁琐,有什么方式能简化它们吗?记得我当时刚接触 React
的时候,从一个脚手架起步。脚手架中包含了很多常用的库,其中就有 immutable.js
。
immutable.js
immutable.js
是 Facebook
工程师 Lee Byron
花费 3 年时间打造,与 React
同期出现。immutable.js
提供了很多持久化不可变数据结构,包括:List
, Stack
, Map
, OrderedMap
, Set
, OrderedSet
以及 Record
等
其中常用的数据结构:
Map
键值对集合,对应于 Object
List
有序可重复的列表,对应于 Array
Set
无序且不可重复的列表,对应于 Set
OrderedMap
有序的键值对集合,对应于原生 Map
一个常见的 immutable.js
在 redux
中应用:
// 初始化状态
const initialStore = fromJS({
todoList: [
{
title: '任务一',
complete: false,
},
{
title: '任务二',
complete: false,
},
],
});
// reducers
function todoListReducer(state, action) {
switch (action.type) {
case 'todos/ADD_TODO':
return Immutable.update(state, 'todoList', (todoList) =>
todoList.push(
Immutable.Map({
title: '',
complete: false,
}),
),
);
case 'todos/TOGGLE_TODO':
return Immutable.updateIn(
state,
['todoList', action.index, 'complete'],
(complete) => !complete,
);
default:
return state;
}
}
// 创建 store
const store = createStore(todoListReducer, initialStore);
// dispatch action
store.dispatch({ type: 'todos/TOGGLE_TODO', index: 1 });
在 Immutable.js
中我们使用 fromJS
将原生对象转换为 Immutable.js
对象,转换之后的对象,直接修改是不不会起任何作用的。必须通过提供的 API 来修改数据,并返回新对象。
这种模式很好地配合 React.PureComponent
做浅比较提升应用的性能。
常见的 API 有:
操作 List
操作 Map
深层级操作
那 immutable.js
如何获取数据呢,一般场景来说使用 get
或 getIn
方法返回具体类型的值。很多情况都会与原生 JS 打交道,所以避免不了 toJS()
方法来转换成一个原生对象。
immutable.js
对象也提供了像原生对象一样的方法来查询/转换数据,很多功能类似于 lodash
比如:
immutable.js
提供了大而全的方法来操作其内部对象。
它的优点非常多,那它的缺点也很明显:
toJS()
也成为了其性能衰减严重。自从第一个项目用了 immutable.js
后,我们后面的项目也只是偶尔会用一下,解决复杂场景的数据操作。自从 typescript
火起来后,它便逐渐淡出我的视野,因为它对 ts
类型支持得非常糟糕,一个普通数据操作之后变成了 any
,这在大型应用中简直是噩梦。
2019 年,紧接着 immer
火了,作为 mobx
的基础操作库,新颖使用及实现方式获得一大批人的芳心。
Immer
简化了对不可变数据结构的处理。使用 Immer
,将所有更改应用于临时草稿,它是 currentState
的代理。一旦完成了所有的变更,Immer
将根据对草稿状态的变更生成 nextState
。这意味着可以通过简单地修改数据来与数据交互,同时保留不可变数据的所有好处。
在 Immer
中,基本上可以只用一个 API,那就是 produce
。简单的例子:
const demo = {
info: {
user: {
tom: 'good',
},
},
};
const result = produce(demo, (draft) => {
draft.info.user.tom = 'ok';
});
通过 draft
(草稿)将当前 scope
中修改的东西最终返回生成新的对象。这种方式既享受了 immutable
的特性,又让开发者有 mutable
修改数据的爽快。
Immer
巧妙通过 Proxy.revocable
正向代理的方式实现核心逻辑,配合 Object.freeze
将修改后的数据冻结,避免再次修改。Immer
后来一度成为了开发首选项目,直到在一个复杂的项目开始。
Immer
官方说会比普通的 reducer
慢几倍,但极限情况就除外了。举个例子:
const demo = {
info: Array.from(Array(10000).keys()),
};
produce(data3, (draft) => {
draft.info[2000] = 0;
});
在一万条平行结构的数据修改时。普通的浅拷贝只需要 0.0061
毫秒,而 immer
上升到了 24
毫秒。如果这个修改频繁触发,就会出现掉帧的情况。
后面我向 Immer
提了一个 Issue
https://github.com/immerjs/immer/issues/867 。发现 Object.freeze
非常耗时,通过 API setAutoFreeze(false);
关闭 freeze
后,时间降到了 10
毫秒。但对比普通的浅拷贝依然是被降维打击。
接着去除了 Immer
在 getter
/setter
/class
场景下的实现,再经过一些列的优化,比如 shallowCopy
的实现。速度降到了 4
毫秒,对比之前还是有很大的提升,至少不掉帧了。
我们实现了一份公司自己的 immer
拷贝。我想它还有很大的性能提升空间,那就要看 immer
的作者愿不愿意实现了。
那普通的浅拷贝那么快,我为什么不用普通的对象实现这样的功能呢?说做就做!
整个元旦我都在快乐的编码实现中。其实 js
实现很简单,难就难在 typescript
类型安全上。如果做出来还像 immutable.js
那样类型不友好的话,那其实做不做意义也不大。快乐的编码 ts
类型优先。
战斗了好几天,终于出了成果:
github: [1]
为什么取名叫 immot
?因为 immer
名字很好听,看 npmjs
上 immet
没被注册,结果不能 publish
说跟 immer
名字太像了,索性将 e
改成了 o
。immotile
单词的部分(意思:不动的),就这样吧。
immot
的 API 灵感来自于 immutable-js
,但 immutable-js
有独立的结构模型,复杂度高。immot
的设计理念是要求简单、易用,不需要过多的心智负担。因此在设计之初就亲和原生的 JSON
结构,只提供辅助函数,大小 < 1KB,就做到像 immutable-js
一样的效果。
immot
做到了 typescript
类型安全。$updateIn
、$setIn
、$mergeIn
中的 keyPath
路径支持类型自动提示(目前只支持小于 7 层结构)。
import * as immot from 'immot';
// 或者只导入其中某个函数
import { $updateIn } from 'immot';
immot
所有函数操作都会返回一个新的对象。
用于设置 对象/数组/Map
中的属性值。keyPath
为字符串。
const result = immot.$set(demo, 'a', 1);
用于设置 对象/数组/Map
中的属性值。它可以为深层对象做操作,keyPath
为路径数组
const result = immot.$setIn(demo, ['a', 'b', 1, 'c'], 'good');
用于合并 对象/数组
中的属性列表。
const result = immot.$merge(demo, { tom: 1, jack: 2 });
const result1 = immot.$merge(demo1, [5, 6]);
用于合并 对象/数组
中的属性列表。它可以为深层对象做操作,keyPath
为路径数组
const result = immot.$mergeIn(demo, ['a', 1, 'b'], { tom: 1, jack: 2 });
通过回调函数设置 对象/数组/Map
中的属性值。keyPath
为字符串。
const result = immot.$update(demo, 'money', (prev) => prev + 1);
通过回调函数设置 对象/数组/Map
中的属性值。它可以为深层对象做操作,keyPath
为路径数组
const result = immot.$updateIn(
demo,
['todoList', 0, 'complete'],
(complete) => !complete,
);
用于删除 对象/数组/Map
中的可选属性值,keyPath
为字符串或者数组
const result = immot.$delete(demo, 'a1');
const result1 = immot.$delete(demo, ['a1', 'a2']);
类似 Array.prototype.push
,但返回新数组
const result = immot.$push(demo, 4);
类似 Array.prototype.pop
,但返回新数组
const result = immot.$pop(demo);
类似 Array.prototype.shift
,但返回新数组
const result = immot.$shift(demo);
类似 Array.prototype.unshift
,但返回新数组
const result = immot.$unshift(demo, 4);
类似 Array.prototype.splice
,但返回新数组
const result = immot.$splice(demo, 1, 0, 'test');
在 /bench
目录中有性能测试对比的样例,可以 clone 本项目测试
cd bench
pnpm i
node index.mjs
注意:
immer
关闭了自动冻结对象的特性,否则结果会更差。immutableJS
数据,用空间换取时间的方式导致数值太高,影响对比。在 Node v14.17.0 的测试结果:
常规数据和深层数据
50000 长度的数组
immot
简单、体积小, gzip
后不足 700 个字节,对体积要求高的项目可以重点关注,最主要是对 typescript
类型友好。用它来写 reducer
太适合了。至于为什么没有提供像 immutable.js
那样的 getIn
的方法。因为原生 JS 支持了 可选链(?.)
语法,已经不需要这样的 API。
整个元旦过得还算充实,主要上午要溜娃,太阳挺晒在身上挺暖和的。下午才会有零零碎碎的时间来写这个模块。整个 immot
写了 快 500 多行测试用例,代码覆盖率做到了 100%,要实现的细节真的很多。
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